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        <title>Rust原子类型和内存排序 - Rust 优秀博文</title>


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        <!-- Provide site root to javascript -->
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            var path_to_root = "../../";
            var default_theme = window.matchMedia("(prefers-color-scheme: dark)").matches ? "navy" : "light";
        </script>

        <!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
        <script type="text/javascript">
            try {
                var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
                var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');

                if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
                }

                if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
                }
            } catch (e) { }
        </script>

        <!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
        <script type="text/javascript">
            var theme;
            try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
            if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
            var html = document.querySelector('html');
            html.classList.remove('no-js')
            html.classList.remove('light')
            html.classList.add(theme);
            html.classList.add('js');
        </script>

        <!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
        <script type="text/javascript">
            var html = document.querySelector('html');
            var sidebar = 'hidden';
            if (document.body.clientWidth >= 1080) {
                try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
                sidebar = sidebar || 'visible';
            }
            html.classList.remove('sidebar-visible');
            html.classList.add("sidebar-" + sidebar);
        </script>

        <nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
            <div class="sidebar-scrollbox">
                <ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> 类型系统</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow.html"><strong aria-hidden="true">1.1.</strong> Rust Concept Clarification Deref vs AsRef vs Borrow vs Cow</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust_Concept_Clarification_Deref_vs_AsRef_vs_Borrow_vs_Cow/Deref_AsRef_Borrow_Cow释义.html"><strong aria-hidden="true">1.2.</strong> Deref AsRef Borrow Cow 释义</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然/Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然.html"><strong aria-hidden="true">1.3.</strong> Rust的Borrow和AsRef：让你的代码用起来像呼吸一样自然</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途/Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途.html"><strong aria-hidden="true">1.4.</strong> Rust的Cow类型有什么用？详解Cow及其用途</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/判别Fn、FnMut、FnOnce的标准/判别Fn、FnMut、FnOnce的标准.html"><strong aria-hidden="true">1.5.</strong> 判别Fn、FnMut、FnOnce的标准</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell)/一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell).html"><strong aria-hidden="true">1.6.</strong> 一行代码告诉你内部可变性的真相(UnsafeCell)</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Tour_of_Rust's_Standard_Library_Traits/Tour_of_Rust's_Standard_Library_Traits.html"><strong aria-hidden="true">1.7.</strong> Tour of Rust's Standard Library Traits</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/逆变、协变与子类型，以及Rust/逆变、协变与子类型，以及Rust.html"><strong aria-hidden="true">1.8.</strong> 逆变、协变与子类型，以及Rust</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust自引用结构、Pin与Unpin/Rust自引用结构、Pin与Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.9.</strong> Rust自引用结构、Pin与Unpin</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/为什么Rust需要Pin,Unpin/为什么Rust需要Pin,Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.10.</strong> 译：为什么 Rust 需要 Pin, Unpin ？</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/定海神针Pin和Unpin/定海神针Pin和Unpin.html"><strong aria-hidden="true">1.11.</strong> 译：定海神针 Pin 和 Unpin</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/sizedness-in-rust/sizedness-in-rust.html"><strong aria-hidden="true">1.12.</strong> Sizedness in Rust</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/Rust生命周期集大成者PhantomData〈T〉/Rust生命周期集大成者PhantomData〈T〉.html"><strong aria-hidden="true">1.13.</strong> Rust生命周期集大成者 PhantomData&lt;T&gt;</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操_Part_0.html"><strong aria-hidden="true">1.14.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操 Part 0</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：GAT实现引用类型关联_Part_1.html"><strong aria-hidden="true">1.15.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：GAT实现引用类型关联 Part 1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用HRTB写bound_Part_2.html"><strong aria-hidden="true">1.16.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用HRTB写bound Part 2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操之用宏展开重复代码_Part_3_&_4.html"><strong aria-hidden="true">1.17.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操之用宏展开重复代码 Part 3 & 4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：与Rust编译器斗智斗勇之表达式向量化_Part_5_&_6.html"><strong aria-hidden="true">1.18.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：与Rust编译器斗智斗勇之表达式向量化 Part 5 & 6</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../01_类型系统/数据库表达式执行的黑魔法：用Rust做类型体操/数据库表达式执行的黑魔法：在Rust中用宏关联逻辑类型和实际类型_Part_7.html"><strong aria-hidden="true">1.19.</strong> 数据库表达式执行的黑魔法：在Rust中用宏关联逻辑类型和实际类型 Part 7</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">2.</strong> 生命周期</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去/Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去.html"><strong aria-hidden="true">2.1.</strong> Rust中的生命周期——从StrSplit实例说开去</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期/与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期.html"><strong aria-hidden="true">2.2.</strong> 与ChatGPT深度对话来学Rust生命周期</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）.html"><strong aria-hidden="true">2.3.</strong> 进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）/进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）.html"><strong aria-hidden="true">2.4.</strong> 进击的Rust生命周期——early_bound与late_bound（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）.html"><strong aria-hidden="true">2.5.</strong> 进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）/进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）.html"><strong aria-hidden="true">2.6.</strong> 进击的Rust生命周期——一力降十会的MIR（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Common_Rust_Lifetime_Misconceptions/Common_Rust_Lifetime_Misconceptions.html"><strong aria-hidden="true">2.7.</strong> Common Rust Lifetime Misconceptions</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../02_生命周期/Rust生命周期常见误区/Rust生命周期常见误区.html"><strong aria-hidden="true">2.8.</strong> 译：Rust生命周期常见误区</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">3.</strong> 无畏并发</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/简单写个Rust无锁队列/简单写个Rust无锁队列.html"><strong aria-hidden="true">3.1.</strong> 简单写个Rust无锁队列</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——混合自旋锁/进击的Rust多线程——混合自旋锁.html"><strong aria-hidden="true">3.2.</strong> 进击的Rust多线程——混合自旋锁</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/An_unsafe_tour_of_Rust's_Send_and_Sync/An_unsafe_tour_of_Rust's_Send_and_Sync.html"><strong aria-hidden="true">3.3.</strong> An unsafe tour of Rust's Send and Sync</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——Send与Sync/进击的Rust多线程——Send与Sync.html"><strong aria-hidden="true">3.4.</strong> 进击的Rust多线程——Send与Sync</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData/进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData.html"><strong aria-hidden="true">3.5.</strong> 进击的Rust多线程——离经叛道的PhantomData</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust_Async_Pin概念解析/Rust_Async_Pin概念解析.html"><strong aria-hidden="true">3.6.</strong> Rust Async: Pin概念解析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust和C++的并发库对比/Rust和C++的并发库对比.html"><strong aria-hidden="true">3.7.</strong> 译：Rust 和 C++ 的并发库对比</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../05_无畏并发/Rust原子类型和内存排序/Rust原子类型和内存排序.html" class="active"><strong aria-hidden="true">3.8.</strong> Rust原子类型和内存排序</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">4.</strong> 网络编程</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../06_网络编程/从编解码层面理解WebSocket_手写一个WebSocket/从编解码层面理解WebSocket_手写一个WebSocket.html"><strong aria-hidden="true">4.1.</strong> 从编解码层面理解WebSocket 手写一 个WebSocket</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../06_网络编程/透过Rust探索系统的本原：网络篇/透过Rust探索系统的本原：网络篇.html"><strong aria-hidden="true">4.2.</strong> 透过Rust探索系统的本原：网络篇</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">5.</strong> 轮子系列</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/700行Rust写一个内存分配器/700行Rust写一个内存分配器.html"><strong aria-hidden="true">5.1.</strong> 700行Rust写一个内存分配器</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/Rust：网络库的实现思路/Rust：网络库的实现思路.html"><strong aria-hidden="true">5.2.</strong> Rust：网络库的实现思路</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/Rust异步运行时基础部件/Rust异步运行时基础部件.html"><strong aria-hidden="true">5.3.</strong> Rust异步运行时基础部件</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（1）.html"><strong aria-hidden="true">5.4.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（1）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（2）.html"><strong aria-hidden="true">5.5.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（2）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/使用Rust+epoll编写异步IO框架/使用Rust+epoll编写异步IO框架（3）.html"><strong aria-hidden="true">5.6.</strong> 使用Rust+epoll编写异步IO框架（3）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day1.html"><strong aria-hidden="true">5.7.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day2.html"><strong aria-hidden="true">5.8.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day3.html"><strong aria-hidden="true">5.9.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day3</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day4.html"><strong aria-hidden="true">5.10.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../07_轮子系列/用rust从零开发一套web框架/用rust从零开发一套web框架：day5.html"><strong aria-hidden="true">5.11.</strong> 用rust从零开发一套web框架：day5</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">6.</strong> 奇技淫巧</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Copy-On-Write是不是优化？/Copy-On-Write是不是优化？.html"><strong aria-hidden="true">6.1.</strong> 译：Copy-On-Write是不是优化？</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/揭秘神奇的Rust_Axum风格的函数实现/揭秘神奇的Rust_Axum风格的函数实现.html"><strong aria-hidden="true">6.2.</strong> 译：揭秘神奇的 Rust Axum 风格的函数实现</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/“变长参数”函数与回调/“变长参数”函数与回调.html"><strong aria-hidden="true">6.3.</strong> “变长参数”函数与回调</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Rust字符串格式化的幕后：format_args!()/Rust字符串格式化的幕后：format_args!().html"><strong aria-hidden="true">6.4.</strong> 译：Rust字符串格式化的幕后：format_args!()</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/给Rust带来一点C++特产/给Rust带来一点C++特产.html"><strong aria-hidden="true">6.5.</strong> 给Rust带来一点C++特产</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/一步步实现_Rust_Bevy_ECS_的_System_简化版本/一步步实现_Rust_Bevy_ECS_的_System_简化版本.html"><strong aria-hidden="true">6.6.</strong> 一步步实现 Rust Bevy ECS 的 System 简化版本</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../08_奇技淫巧/Exploring_Design_Patterns_in_Rust_with_Algorithmic_Trading_Examples/Exploring_Design_Patterns_in_Rust_with_Algorithmic_Trading_Examples.html"><strong aria-hidden="true">6.7.</strong> Exploring Design Patterns in Rust with Algorithmic Trading Examples</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">7.</strong> 源码分析</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：bytes源码分析/Rust并发：bytes源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.1.</strong> Rust并发：bytes源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：标准库Arc源码分析/Rust并发：标准库Arc源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.2.</strong> Rust并发：标准库Arc源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust并发：标准库sync_Once源码分析/Rust并发：标准库sync_Once源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.3.</strong> Rust并发：标准库sync::Once源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust源码阅读：引用计数Rc/Rust源码阅读：引用计数Rc.html"><strong aria-hidden="true">7.4.</strong> Rust源码阅读：引用计数Rc</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust源码阅读：Cell、RefCell与内部可变性/Rust源码阅读：Cell、RefCell与内部可变性.html"><strong aria-hidden="true">7.5.</strong> Rust源码阅读： Cell、RefCell与内部可变性</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/关于_Rust_的_UnsafeCell、Cell_与_RefCell/关于_Rust_的_UnsafeCell、Cell_与_RefCell.html"><strong aria-hidden="true">7.6.</strong> 关于 Rust 的 UnsafeCell、Cell 与 RefCell</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust_Async_async-stream源码分析/Rust_Async_async-stream源码分析.html"><strong aria-hidden="true">7.7.</strong> Rust Async: async-stream源码分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/走进Tokio的异步世界/走进Tokio的异步世界.html"><strong aria-hidden="true">7.8.</strong> 走进 Tokio 的异步世界</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/tokio.rs_runtime的实现/tokio.rs_runtime的实现.html"><strong aria-hidden="true">7.9.</strong> tokio.rs runtime 的实现</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_internals/Tokio_internals.html"><strong aria-hidden="true">7.10.</strong> Tokio internals</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_internals/译文：Tokio內部机制.html"><strong aria-hidden="true">7.11.</strong> 译：Tokio 内部机制</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Rust_Axum_HTTP_框架的架构分析/Rust_Axum_HTTP_框架的架构分析.html"><strong aria-hidden="true">7.12.</strong> Rust Axum HTTP 框架的架构分析</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/安利一个Rust_Game_Engine：Bevy--ECS部分/安利一个Rust_Game_Engine：Bevy--ECS部分.html"><strong aria-hidden="true">7.13.</strong> 安利一个Rust Game Engine：Bevy--ECS部分</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../09_源码分析/Tokio_解析之任务调度/Tokio_解析之任务调度.html"><strong aria-hidden="true">7.14.</strong> Tokio 解析之任务调度</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">8.</strong> 生态观察</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../11_生态观察/Rust_web_frameworks_have_subpar_error_reporting/Rust_web_frameworks_have_subpar_error_reporting.html"><strong aria-hidden="true">8.1.</strong> Rust web frameworks have subpar error reporting</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../11_生态观察/SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord/SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord.html"><strong aria-hidden="true">8.2.</strong> SeaORM：要做Rust版本的ActiveRecord</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../empty.html"><strong aria-hidden="true">9.</strong> 死灵终极</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_总述.html"><strong aria-hidden="true">9.1.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 总述</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_0.html"><strong aria-hidden="true">9.2.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 0</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_1.html"><strong aria-hidden="true">9.3.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 1</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_2.html"><strong aria-hidden="true">9.4.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 2</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_3.html"><strong aria-hidden="true">9.5.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 3</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_4.html"><strong aria-hidden="true">9.6.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 4</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译/Learn_Rust_the_Dangerous_Way_系列文章翻译_5.html"><strong aria-hidden="true">9.7.</strong> 译：Learn Rust the Dangerous Way 5</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（一）.html"><strong aria-hidden="true">9.8.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（一）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（二）.html"><strong aria-hidden="true">9.9.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（二）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测（三）.html"><strong aria-hidden="true">9.10.</strong> Unsafe Rust 随堂小测（三）</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../../12_死灵终极/Unsafe_Rust_随堂小测/Unsafe_Rust_随堂小测参考答案.html"><strong aria-hidden="true">9.11.</strong> Unsafe Rust 随堂小测参考答案</a></li></ol></li></ol>
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                <div id="content" class="content">
                    <main>
                        <h1 id="rust原子类型和内存排序"><a class="header" href="#rust原子类型和内存排序">Rust原子类型和内存排序</a></h1>
<p>原文：<a href="https://zhuanlan.zhihu.com/p/578165881">https://zhuanlan.zhihu.com/p/578165881</a></p>
<p>作者：<a href="https://www.zhihu.com/org/da-tan-ke-ji">达坦科技DatenLord</a></p>
<h2 id="简介"><a class="header" href="#简介"><strong>简介</strong></a></h2>
<p>原子类型在构建无锁数据结构，跨线程共享数据，线程间同步等多线程并发编程场景中起到至关重要的作用。本文将从<strong>Rust提供的原子类型和原子类型的内存排序问题</strong>两方面来介绍。</p>
<h2 id="rust原子类型"><a class="header" href="#rust原子类型"><strong>Rust原子类型</strong></a></h2>
<p>Rust标准库提供的原子类型在std::sync::atomic模块下。Rust提供了AtomicBool, AtomicU8, AtomicU16, AtomicUsize等原子类型。下面我们以<strong>AtomicUsize</strong>为例介绍原子类型提供的原子操作。基本的load，store， swap原子操作就不过多介绍了。第一个要介绍的就是重要的compare-and-swap(CAS)原子操作，绝大部分无锁数据结构都或多或少依赖CAS原子操作。Rust提供的compare_and_swap接口如下：</p>
<pre><code class="language-text">pub fn compare_and_swap(&amp;self,
    current: usize,
    new: usize,
    order: Ordering
) -&gt; usize
</code></pre>
<p>compare_and_swap接受一个期望的值和一个新的值，这里我们先忽略掉Ordering，后面会详细介绍，如果变量的值等于期望的值，就将变量值替换成新的值返回成功，否则不做任何修改并返回失败。compare_and_swap从语义上包含了读(load)语义和写(store)语义，先读出变量的值，和期望值比较，然后写入内存。原子操作保证了这三个步骤是原子的，在三个步骤之间不会插入其他指令从而导致变量值被修改。从1.50.0开始compare_and_swap被deprecated了，现在需要使用compare_exchange和compare_exchange_weak接口来实现CAS原子操作。</p>
<pre><code class="language-text">pub fn compare_exchange(
    &amp;self,
    current: usize,
    new: usize,
    success: Ordering,
    failure: Ordering
) -&gt; Result&lt;usize, usize&gt;

pub fn compare_exchange_weak(
    &amp;self,
    current: usize,
    new: usize,
    success: Ordering,
    failure: Ordering
) -&gt; Result&lt;usize, usize&gt;
</code></pre>
<p>compare_exchange比compare_and_swap多了一个Ordering，两个Ordering分别作为CAS成功的Ordering和失败的Ordering，后面会有讲解，这里先跳过。从源代码可以看出compare_and_swap就是用compare_exchange实现的，只是compare_and_swap直接用成功情况下的Ordering生成在失败情况下的Ordering，compare_exchange则有更高的灵活性。</p>
<pre><code class="language-text">pub fn compare_and_swap(&amp;self, current: $int_type, new: $int_type, order: Ordering) -&gt; $int_type {
    match self.compare_exchange(current,
                                new,
                                order,
                                strongest_failure_ordering(order)) {
        Ok(x) =&gt; x,
        Err(x) =&gt; x,
    }
}
</code></pre>
<p>既然有了compare_exchange，那<strong>compare_exchange_weak是做什么用的呢</strong>？从官方文档中可以看出两个API的唯一区别是compare_exchange_weak允许spuriously fail。那么什么是spuriously fail，在x86平台上CAS是一条指令完成的，这两个API在x86平台上效果没有区别，但是在arm平台上，CAS是由两条指令完成的LL/SC(Load-link/store-conditional)，在arm平台下会发生spuriously fail，来自Wikipedia的解释</p>
<blockquote>
<p>Real implementations of LL/SC do not always succeed even if there are no concurrent updates to the memory location in question. Any exceptional events between the two operations, such as a context switch, another load-link, or even (on many platforms) another load or store operation, will cause the store-conditional to spuriously fail.</p>
</blockquote>
<p>简单的翻译就是，即使变量的值没有被更新LL/SC也不是100%成功，在LL/SC之间的异常事件如上下文切换，另外的LL，甚至load或者store都会导致spuriously fail。由于spuriously fail的存在，arm平台上compare_exchange是compare_exchange_weak加上一个loop实现的。通常我们在使用CAS的时候会把它放在一个loop中，反复重试直到成功，在这种情况下用compare_exchange_weak会获得一定的性能提升，如果用compare_exchange则会导致循环套循环。那我们该如何选择compare_change和compare_exchange_weak呢？如果你想在loop中使用CAS，绝大部分情况下使用compare_exchange_weak，除非你在每一次loop中做的事情很多，spuriously fail会导致很大的overhead即使它很少发生，这种情况下使用compare_exchange。再或者你使用loop就是为了避免spuriously fail，那直接使用compare_exchange就可以达到你的目的。</p>
<p>接下来介绍另外一个重要的原子操作<strong>fetch-and-add</strong>。</p>
<pre><code class="language-text">pub fn fetch_add(&amp;self, val: usize, order: Ordering) -&gt; usize
</code></pre>
<p>fetch_add也包含了读写两层语义，只是和CAS比起来它不关心变量当前的值，所以它一定成功。fetch_add一般用来做全局计数器。Rust提供了一系列的fetch_and_xxx操作，其中比较有趣的是fetch_update:</p>
<pre><code class="language-text">pub fn fetch_update&lt;F&gt;(
    &amp;self,
    set_order: Ordering,
    fetch_order: Ordering,
    f: F
) -&gt; Result&lt;usize, usize&gt;
where
    F: FnMut(usize) -&gt; Option&lt;usize&gt;,
</code></pre>
<p>它会接受一个函数，并将函数应用到变量上，把生成的值写回变量中，因为CPU不支持类似的指令，所以其实fetch_update是使用CAS来实现原子性的。源代码如下，我们可以看这里使用的是compare_exchange_weak，因为它在一个loop中。</p>
<pre><code class="language-text">pub fn fetch_update&lt;F&gt;(&amp;self,
                       set_order: Ordering,
                       fetch_order: Ordering,
                       mut f: F) -&gt; Result&lt;$int_type, $int_type&gt;
where F: FnMut($int_type) -&gt; Option&lt;$int_type&gt; {
    let mut prev = self.load(fetch_order);
    while let Some(next) = f(prev) {
        match self.compare_exchange_weak(prev, next, set_order, fetch_order) {
            x @ Ok(_) =&gt; return x,
            Err(next_prev) =&gt; prev = next_prev
        }
    }
    Err(prev)
}
</code></pre>
<h2 id="内存排序"><a class="header" href="#内存排序"><strong>内存排序</strong></a></h2>
<p>Rust提供了五种内存排序，由弱到强如下，并且内存排序被标记为#[non_exhaustive]表示未来可能会加入新的类型。</p>
<pre><code class="language-text">#[non_exhaustive]
pub enum Ordering {
    Relaxed,
    Release,
    Acquire,
    AcqRel,
    SeqCst,
}
</code></pre>
<p>Rust的内存排序和C++20保持一致。内存排序作用是通过限制编译器和CPU的reorder，来使得多个线程看到的内存顺序和我们程序所期望的一样，所以内存排序主要针对的是内存的读(load)写(store)操作。编译器和CPU会在编译时和运行时来reorder指令来达到提升性能的目的，从而导致程序中代码顺序会和真正执行的顺序可能会不一样，但是reorder的前提是不会影响程序的最终结果，也就是说编译器和CPU不会reorder相互有依赖的指令从而破坏程序原本的语义。比方说两条CPU指令，指令A读取一块内存，指令B写一块内存，如果CPU发现指令A要读取的内容在cache中没有命中需要去内存中读取，需要花额外的CPU cycle，如果指令B要操作的内存已经在cache中命中了，它可以选择先执后面的指令B。这时候内存排序的作用就体现出来了，内存排序告诉编译器和CPU哪些指令可以reorder哪些不可以。接下来分别介绍每一种内存排序的意义。</p>
<ul>
<li>**Relaxed：**Relaxed Ordering不施加任何限制，CPU和编译器可以自由reorder，使用了Relaxed Ordering的原子操作只保证原子性。</li>
</ul>
<pre><code class="language-text">// Global varible
static x: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
static y: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
// Thread 1
let r1 = y.load(Ordering::Relaxed);
x.store(r1, Ordering::Relaxed);
// Thread 2
let r2 = x.load(Ordering::Relaxed); // A
y.store(42, Ordering::Relaxed); // B
</code></pre>
<p>这段程序是允许产生r1 == r2 == 42。按照正常的程序执行，这个结果看似不合理，但是因为使用了Relaxed Ordering，CPU和编译器可以自由reorder指令，指令B被reorder到指令A之前，那就会产生r1 == r2 == 42</p>
<ul>
<li>**Release：**Release Ordering是针对写操作(store)的，一个使用了Release Ordering的写操作，任何读和写操作（不限于对当前原子变量）都不能被reorder到该写操作之后。并且所有当前线程中在该原子操作之前的所有写操作（不限于对当前原子变量）都对另一个对同一个原子变量使用Acquire Ordering读操作的线程可见。Release Ordering写和Acquire Ordering读要配对使用从而在两个或多个线程间建立一种同步关系。具体例子在介绍完Acquire之后一起给出。</li>
<li>**Acquire：**Acquire Ordering是针对读操作(load)的，一个使用了Acquire Ordering的读操作，任何读和写操作（不限于对当前原子变量）都不能被reorder到该读操作之前。并且当前线程可以看到另一个线程对同一个原子变量使用Release Ordering写操作之前的所有写操作（不限于对当前原子变量）。</li>
</ul>
<p>如果前面的例子中load使用Acquire Ordering，store使用Release Ordering，那么reorder就不会发生，r1 == r2 == 42的结果就不会产生。Acquire和Release动作特别像锁的加锁和释放锁的操作，因此Acquire Ordering和Release Ordering常被用在实现锁的场景。看下面的例子</p>
<pre><code class="language-text">// Global varible
static DATA: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
static FLAG: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
// Thread 1
DATA.store(10, Ordering::Relaxed); // A
FLAG.store(true, Ordering::Release); // B
// Thread 2
while !FLAG.load(Ordering::Acquire) {} // C
assert!(DATA.load(Ordering::Relaxed) == 10); // D
</code></pre>
<p>这段程序展示了两个线程之间同步的一种方式，在线程1中我们在共享内存中写入数据，然后把FLAG置成true，表明数据写入完成，在线程2中，我们用一个while循环等待FLAG被置成true，当FLAG被置成true之后，线程2一定会读到共享内存中的数据。线程1中的Release Ordering写和线程2中的Acquire Ordering读建立了顺序。当线程2跳出C行的循环表明它可以读到线程1在B行对FLAG的写入，按照Release-Acquire Ordering的保证，A行对DATA的写入不会被reorder到把FLAG置成true之后，并且对DATA的写入也会对线程2可见。假如这里没有使用Release-Acquire Ordering，那么线程对DATA的写入用可能会被reorder到写FLAG之后，那么线程2就会出现读到了FLAG但是读不到DATA的情况。</p>
<ul>
<li>**AcqRel：**AcqRel Ordering主要用于read-modify-write类型的操作，比如compare_and_swap，表明了它同时具有Acquire和Release的语义，读的部分用Acquire Ordering，写的部分用Release Ordering。</li>
<li>**SeqCst：**SeqCst是Sequential Consistent的缩写，是一种最强的Ordering，在对读使用Acquire Ordering，对写使用Release Ordering，对read-modify-write使用AcqRel Ordering的基础上再保证所有线程看到所有使用了SeqCst Ordering的操作是同一个顺序，不论操作的是不是同一个变量。</li>
</ul>
<p>这里包含了两层意思，第一层意思<strong>SeqCst禁止了所有的reorder</strong>，针对内存读(load)写(store)的reorder一共有四种情况：</p>
<ul>
<li>loadload reorder：Arquire Ordering保证</li>
<li>loadstore reorder：Arquire Ordering和Release Ordering保证</li>
<li>storestore reorder：Release Ordering保证</li>
<li>storeload reorder：SeqCst Ordering保证</li>
</ul>
<p>看下面的例子</p>
<pre><code class="language-text">// Global varible
static x: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
static y: AtomicU32 = AtomicU32::new(0);
// Thread 1
x.store(1, Ordering::SeqCst);  // A
let r1 = y.load(Ordering::SeqCst); // B
// Thread 2
y.store(1, Ordering::SeqCst); // C
let r2 = x.load(Ordering::SeqCst);  // D
</code></pre>
<p>这里如果不使用SeqCst Ordering就会出现r1 == r2 == 0的结果，原因是每一个线程中的load可以被reorder到store之前，即使我们分别对load和store使用Acquire Ordering和Release Ordering，因为它们都不保证storeload的reorder。</p>
<p>SeqCst Ordering的第二层意思是<strong>所有使用了SeqCst Ordering的操作在全局有一个顺序，并且所有的线程都看到同样的顺序</strong>。比如说全局的顺序是A-&gt;B-&gt;C-&gt;D，那么r1 == 0 &amp;&amp; r2 == 1，并且第三个线程如果看到了y == 1，那么它一定能看到x == 1，这就是SeqCst Ordering全局唯一顺序代表的意义。虽然使用SeqCst Ordering可以保证更严格的全局一致性，但是它也会带来性能损失，使用正确并且合适的内存排序才能获得最优的性能。</p>
<p>最后解释一下compare_exchange两个Ordering的含义，CAS包含1.读变量，2.和期望值比较，3.写变量三个步骤，第一个Ordering表示CAS成功下即变量当前的值等于期望值时候，整个操作的Ordering，第二个Ordering表示如果当前比较失败了情况下，第一步读操作的Ordering。看一个用CAS实现自旋锁的例子</p>
<pre><code class="language-text">// Global lock
static LOCK: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
// Thread 1
// Get lock
while(LOCK.compare_exchange_weak(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed).is_err()) {}
do_something();
// Unlock
LOCK.store(false, Ordering::Release);

// Thread 2
// Get lock
while(LOCK.compare_exchange_weak(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed).is_err()) {}
do_something();
// Unlock
LOCK.store(false, Ordering::Release);
</code></pre>
<h2 id="总结"><a class="header" href="#总结">总结</a></h2>
<p>本文介绍了<strong>Rust提供的原子类型，原子操作以及和原子操作配合使用的内存排序</strong>。深入地理解内存排序才能写出正确并且性能最优的程序。内存排序是一个很深的话题，如有错误，欢迎指正，欢迎在评论区留言交流。</p>
<p>发布于 2022-10-28 13:31</p>

                    </main>

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